Collaborative Research: Wave Engineering in 2D Using Hierarchical Nanostructured Dynamical Systems

合作研究:使用分层纳米结构动力系统进行二维波动工程

基本信息

  • 批准号:
    2337507
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 37.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2024
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2024-03-01 至 2027-02-28
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

This project studies the propagation of sound waves in a tailor-made two-dimensional medium. The medium is a periodic array of carefully designed nanoscale cavities with a single-atom-thick membrane stretched over them. When the membrane is vibrated, each cavity emits a high-frequency sound wave, much like a nanoscale drum. These waves can then be tuned, coupled to each other, propagated preferentially, or even completely canceled, thanks to the unique properties of the medium. As such, this study will advance our understanding of wave propagation in novel materials and develop the nanotechnology necessary for harnessing these waves. Among the numerous envisioned applications are electro-acoustic signal processing components intended for use in communications, national security, environmental monitoring, and biotechnology. The project also integrates research and education by fostering a research collaboration between a primarily undergraduate institution and a research-intensive university. The research, education, and mentoring opportunities will facilitate workforce development in an emerging area of technology. The overarching scientific goal of this project is to understand wave propagation in nanostructured dynamic systems with extreme linear dimensions. The studies will be carried out in a tailor-made dynamic system incorporating a single-atom-thick 2D material, such as graphene, into a periodic skeleton structure. This system will allow for coupling individual single-atom-thick acoustic resonators on a nanostructured compliant lattice, opening up new and exciting acoustic wave dynamics. Experimental access to these acoustic waves will be achieved by a variety of ultrasensitive optical and electrical transducers, and the waves will be characterized using amplitude and phase-sensitive techniques. Furthermore, the acoustic properties of this dynamic system can be tuned by applying external perturbations, which will allow for harnessing its unique attributes in possible radiofrequency device applications.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该项目研究了量身定制的二维介质中声波的传播。该培养基是经过精心设计的纳米级腔的周期性阵列,其单原子厚的膜在它们上面伸展。 当膜振动时,每个腔会发出高频的声波,就像纳米级鼓。然后,由于介质的独特属性,可以对这些波进行调整,相互耦合,优先繁殖,甚至完全取消。因此,这项研究将提高我们对新型材料中波传播的理解,并发展利用这些波浪所需的纳米技术。在众多设想的应用中,有旨在用于通信,国家安全,环境监测和生物技术的电声信号处理组件。该项目还通过培养主要是本科机构与研究密集型大学之间的研究合作来整合研究和教育。 研究,教育和指导机会将促进新兴技术领域的劳动力发展。该项目的总体科学目标是了解具有极端线性尺寸的纳米结构动态系统中的波传播。研究将在量身定制的动态系统中进行,该系统将单原子厚的2D材料(例如石墨烯)纳入周期性骨骼结构。该系统将允许在纳米结构的晶格上耦合单个单元厚的声学谐振器,从而打开新的令人兴奋的声波动力学。通过各种超敏感光传感器可以实现对这些声波的实验访问,并使用振幅和相敏感技术来表征波。此外,可以通过应用外部扰动来调整此动态系统的声学特性,这将允许在可能的辐射设备应用程序中利用其独特的属性。该奖项反映了NSF的法定任务,并认为通过基金会的智力功能和广泛的影响来评估CRITERIA CRITERIA CRITERIA。

项目成果

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